Hydrodynamické mechanismy - cvut.cz

Hydrodynamické mechanismy

Pracují s kapalným médiem (hydraulická kapalina na bázi ropného oleje) a využívají silových

účinků, které provázejí změny proudění kapaliny. Zařazeny sem jsou pouze mechanismy užívané

pro podporu hydrostatických mechanismů a mechanismy užívané v převodech.

Hydrodynamická čerpadla bývají někdy použita jako první stupeň ve zdrojích tlakové kapaliny pro

hydrostatické mechanismy. Další stupně jsou pak objemová čerpadla. Jako hydrodynamické

mechanismy budou probírány:

hydrodynamická (proudová) čerpadla

hydrodynamické spojky

hydrodynamické měniče

Hydrodynamické mechanismy používané v převodech pracují při vyšší frekvenci otáčení,

tzn. mezi motorem a dalšími mechanismy (převody). Spojky a měniče se vyznačují schopností

tlumit nerovnoměrnosti chodu, rázy a dávají velmi klidný rozběh.

Princip hydrodynamických (proudových) strojů

Zákon impulsu a změny hybnosti

F – síla, t – čas, m – hmota, v – rychlost, ϱ - hustota F . t = m . v

Při proudění kapaliny je průtočné množství Q [ m3 . s-1 ] Q = m . ( t-1 . ϱ -1 )

Krouticí moment Mk je dán Mk = F . r = Q . ϱ . v . r

Změna hybnosti je dána nejen změnou velikosti rychlosti, ale i změnou jejího směru.

Při průtoku rotujícím kanálem (lopatkami oběžného kola) je

Mk = Q . ϱ . ( v1 . r1 – v2 . r2 )

Poloměry r1 a r2 jsou poloměry vstupní a výstupní hrany lopatky, rychlosti v1 a v2 jsou

složky rychlostí kapaliny v místech těchto hran do směru obvodové rychlosti otáčení

oběžného kola.

Hydrodynamická čerpadla

Odstředivá a diagonální čerpadla jsou někdy používána jako předstupeň objemových čerpadel

(pístových). Princip – rotující kanál s účinkem odstředivé síly, resp. změny rychlosti a směru

proudící kapaliny.

odstředivá čerpadla diagonální čerpadlo

ukázka oběžných kol

hydrodynamická spojka - konstrukce

Hydrodynamické spojky

Používají se v převodech vozidel. Motorem

je poháněna část čerpadlová, výstup je

z části turbinové. Silový přenos je způsoben

změnou směru proudění kapaliny.

vstup

výstup

T Č

mezi otáčkami

vstupu a výstupu

je rozdíl = skluz

běžný skluz

je 2 až 3%

vstup výstup

Hydrodynamická spojka

1. čerpadlo

2. rotor

3. turbina

4. skříň

5. výstup

6. vstup

7. těsnění

Při nízkých otáčkách vstupu je na

výstup přenášen téměř nulový krouticí

moment a výstup se neotáčí.

Při zvýšení vstupních otáček vzrůstá

výstupní krouticí moment a otáčky výstupu

se od otáček vstupu liší o skluz.

Při dosažení provozních otáček (v pracovní

oblasti) je skluz cca 2 – 3 % a krouticí

moment na vstupu a výstupu téměř shodný.

Charakteristika kapalinové spojky

Vstupní veličiny – frekvence otáčení n1

příkon P1

výstupní veličiny – frekvence otáčení n2

výkon P2

účinnost ηh = P2 / P1

Frekvence otáčení se mění

skluzem s (pokles o cca 3 %)

pro pracovní oblast.

V pracovní oblasti je n2 = (1- s) . n1. a

krouticí moment Mk2 se blíží hodnotě

na vstupu, tj. Mk1.

Pro nižší otáčky vstupu n1 krouticí

moment na výstupu rychle klesá.

Závislost Mk2 na otáčkách

(charakteristika) je teoreticky

shodná s průběhem ηh

hydrodynamická spojka

1. hnací hřídel

2. čerpadlové kolo

3. skříň

4. turbinové kolo

5. výstup řemenem

6. výstupní hřídel

konstrukční provedení hydrodynamické spojky

Otáčky

vstup výstup

≤ 1140 0

1180 850

1360 1224

1800 1836

2400 2328

6

hydrodynamická spojka TK - N

1 2

3

1 čerpadlové lopatky

2 turbinové lop.

3 skříň spojená s čerp.

hnaný

hnací

doplňující pružná spojka

Hydrodynamický měnič

Hydrodynamický měnič transformuje parametry

pohybu – mění frekvenci otáčení a krouticí

moment. Výkon se sníží o ztráty.

(kapalinová převodovka)

Na rozdíl od spojky má pevnou část (reakční člen).

Ten je spojen volnoběžnou spojkou s pevným

rámem.

Č T

R

Hydrodynamický měnič

reaktor

čerpadlo

turbina

Hydrodynamický měnič

od motoru k převodovce

volnoběžná spojka

úchyt volnoběhu

reaktor

čerpadlo

měnič je umístěn mezi

motorem a mechanickou

převodovkou

turbinové kolo

reaktor

čerpadlo

MĚNIČ

mechanická převodovka

s elektrickým ovládáním

(planetová s brzděnými

korunovými koly Wilson)

hydrodynamický

měnič

Č T

vstup

výstup

R

úchyt reaktoru

volnoběh reaktoru

Č

T

R

hydrodynamický měnič

volnoběžka reaktoru

pevný čep uchycení reaktoru

vstup

výstup

hydrodynamický měnič

Č

T

R

lamelová spojka třecí

hydrodynamický měnič

Pneumatické mechanismy

Pneumatické mechanismy pracují se vzduchem jako médiem. Proto není třeba zpětné odvádění

tohoto média, které může vyfukovat do okolí.

V průmyslových provozech bývá rozvod stlačeného vzduchu, který je k dispozici jako zdroj (platí

i pro autobusy a nákladní automobily j.).

Základní prvky obvodů:

• zdroje tlakového média (vzduchu tlak 0,6 MPa)

• pneumotory přímočaré (lineární) nebo rotační

• filtry

• odlučovače vody, maziv a domazávací zařízení

• regulační prvky, rozváděče, škrticí ventily aj.

• tlakové nádoby a akumulátory

• spojovací potrubí, hadice a další prvky rozvodů

Mechanismy s kmitavým pohybem pístu

vibrátory (100 Hz, 6000 min-1)

síta, sekáče (20 – 50Hz, 1200 – 3000 min-1)

kladiva (1 – 5 Hz, 60 – 300 min-1)

Stlačený vzduch po vniknutí do válce a uzavření přívodu dále expanduje – pohyb pokračuje.

To umožňuje konstruovat kmitající obvody vibrátorů, pulsátorů, setřásačů, sekáčů, kladiv aj.

Pneumatické mechanismy - vlastnosti

Pneumatické mechanismy pracují s tlakem cca 0,6 MPa (válec o průměru 100 mm vyvodí sílu

cca 4710 N, o průměru 40 mm sílu cca 754 N). Větší průměry bývají řešeny jako membrány ,

např. průměr 500 mm dává sílu 117750 N, tj. přibližně 12 t.

Při stlačování v kompresorech se stlačovaný vzduch ohřívá, při rozpínání ve válcích a zvláště

pak při škrcení a při výdechu do volné atmosféry se vzduch ochlazuje. Toto ochlazování může

vést k zamrzání vody a vzniku ledu, protože vzduch vždy obsahuje určité množství vodní

páry. Vlhkost vzduchu se udává jako relativní vlhkost v % nebo je uváděn rosný bod, tj. nejvyšší

teplota, při která pára obsažená ve vzduchu už kondensuje.

Proto je stlačený vzduch před použitím v pneumatickém mechanismu upravován. Je z něj

odebírána přebytečná voda v odlučovačích vody a stejně tak přebytečné mazivo v odlučovači

oleje. Použitím filtru se odstraňují ze vzduchu pevné částice, např. otěr. Pro použití

v pneumotorech a rozvaděčích je vzduch domazáván.

Oproti hydraulickým válcům nejsou pneumatické válce plněny po celou dobu zdvihu – dochází

k expanzi stlačeného vzduchu po určitou část zdvihu. Expanze je rychlá a tedy bez výměny

tepelné energie (adiabatická). Platí stavová rovnice ve tvaru (exponent κ = 1,4)

p1 / p2 = (ϱ 1 / ϱ 2 ) κ

resp.

p / ϱ κ = R . T

ϱ = 1,29 kg . m-3 je hustota vzduchu (při 20° C a 0,1 MPa)

R = 287,1 J.(kg . K)-1 je plynová konstanta vzduchu

T je absolutní teplota [ K ]

Schéma jednoduchého pneumatického obvodu

http://2009.oc.smc-cee.com/sk/pdf/LG1_Symbole.pdf

Pneumotory lineární

membrána

malý zdvih – použití membrány

přívod média

valivé vedení

Pneumotory lineární

membrána

použití membrány – snazší těsnění

Použití pneumotorů pro rotační pohyb

Obvykle natáčení nebo kývání (úhel otočení menší než 360° )

Použití mechanismů:

klikový mechanismus – natáčení kliky

šroubová drážka (bubnová vačka), šroub a matice (velký úhel stoupání závitu)

pastorek a hřeben (větší úhel natočení než 360°– i několik celých otáček)

Prvky pneumatických

systémů

válec

filtr

válec

řídící jednotka (kostka)

odlučovač

maznice

Prvky

pneumatických systémů

filtr a odlučovač, rozvaděč

pneuválce

pneuválec

Různé prvky pneumatických obvodů

lineární pneumotory úprava vzduchu

rozvaděče

Prvky a skupiny pneumatických obvodů

úprava vzduchu

panel řídících prvků

lineární pneumotor

úprava vzduchu 3-osý manipulátor

• úprava vzduchu

• řízení

• pracovní prvky (motory)

http://www.boschrexroth.com/country_units/europe/czech_rep/cs/download/prehled.pdf

Různá provedení pneumatických rozvaděčů

Tlak v pneumatických obvodech bývá

cca 0,6 MPa. Propojení se řeší plastovými

nízkotlakými hadičkami aj.

válec

Pneumatické

kmitavé

obvody

C B

A

D

E

řízení pístem D, E

kuličkou A

destičkou B

šoupátkem C

1 nástroj

2 píst

3 šoupátko

4 clonka

Pneumatické úderové mechanismy Lintech 114 PCR

Expanse vzduchu je využívána v úderových mechanismech, vibrátorech aj.

Řízení pístem (D, E) pro vibrátory (velké frekvence)

řízení dalším členem (A, B, C) pro nástroje

pracující s nižší frekvencí

Pneumatický sekáč

bourací kladivo

Elektropneumatické nářadí

oddělení elektrického rozkmitávání od

rázové zóny tlumícím pneumatickým obvodem

Pneumatická sbíječka

Pneumatické nářadí

pneumatická sbíječka